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Identification of flaws in structures is a critical element in the management of maintenance and quality assurance processes in engineering. Nondestructive testing (NDT) techniques based on a wide range of physical principles have been developed and are used in common practice for structural health monitoring. However, basic NDT techniques are usually limited in their ability to provide the accurate information on locations, dimensions and shapes of flaws. One alternative to extract additional information from the results of NDT is to append it with a computational model that provides detailed analysis of the physical process involved and enables the accurate identification of the flaw parameters. The aim here is to develop the strategies to uniquely identify cracks in two-dimensional 2D) structures under dynamic loadings.
A local NDT technique combined eXtended Finite Element Method (XFEM) with dynamic loading in order to identify the cracks in the structures quickly and accurately is developed in this dissertation. The Newmark-b time integration method with Rayleigh damping is used for the time integration. We apply Nelder-Mead (NM)and Quasi-Newton (QN) methods for identifying the crack tip in plate. The inverse problem is solved iteratively, in which XFEM is used for solving the forward problem in each iteration. For a timeharmonic excitation with a single frequency and a short-duration signal measured along part of the external boundary, the crack is detected through the solution of an inverse time-dependent problem. Compared to the static load, we show that the dynamic loads are more effective for crack detection problems. Moreover, we tested different dynamic loads and find that NM method works more efficient under the harmonic load than the pounding load while the QN method achieves almost the same results for both load types.
A global strategy, Multilevel Coordinate Search (MCS) with XFEM (XFEM-MCS) methodology under the dynamic electric load, to detect multiple cracks in 2D piezoelectric plates is proposed in this dissertation. The Newmark-b method is employed for the time integration and in each iteration the forward problem is solved by XFEM for various cracks. The objective functional is minimized by using a global search algorithm MCS. The test problems show that the XFEM-MCS algorithm under the dynamic electric load can be effectively employed for multiple cracks detection in piezoelectric materials, and it proves to be robust in identifying defects in piezoelectric structures. Fiber-reinforced composites (FRCs) are extensively applied in practical engineering since they have high stiffness and strength. Experiments reveal a so-called interphase zone, i.e. the space between the outside interface of the fiber and the inside interface of the matrix. The interphase strength between the fiber and the matrix strongly affects the mechanical properties as a result of the large ratio of interface/volume. For the purpose of understanding the mechanical properties of FRCs with functionally graded interphase (FGI), a closed-form expression of the interface strength between a fiber and a matrix is obtained in this dissertation using a continuum modeling approach according to the ver derWaals (vdW) forces. Based on the interatomic potential, we develop a new modified nonlinear cohesive law, which is applied to study the interface delamination of FRCs with FGI under different loadings. The analytical solutions show that the delamination behavior strongly depends on the interphase thickness, the fiber radius, the Young’s moduli and Poisson’s ratios of the fiber and the matrix. Thermal conductivity is the property of a material to conduct heat. With the development and deep research of 2D materials, especially graphene and molybdenum disulfide (MoS2), the thermal conductivity of 2D materials attracts wide attentions. The thermal conductivity of graphene nanoribbons (GNRs) is found to appear a tendency of decreasing under tensile strain by classical molecular dynamics (MD) simulations. Hence, the strain effects of graphene can play a key role in the continuous tunability and applicability of its thermal conductivity property at nanoscale, and the dissipation of thermal conductivity is an obstacle for the applications of thermal management. Up to now, the thermal conductivity of graphene under shear deformation has not been investigated yet. From a practical point of view, good thermal managements of GNRs have significantly potential applications of future GNR-based thermal nanodevices, which can greatly improve performances of the nanosized devices due to heat dissipations. Meanwhile, graphene is a thin membrane structure, it is also important to understand the wrinkling behavior under shear deformation. MoS2 exists in the stable semiconducting 1H phase (1H-MoS2) while the metallic 1T phase (1T-MoS2) is unstable at ambient conditions. As it’s well known that much attention has been focused on studying the nonlinear optical properties of the 1H-MoS2. In a very recent research, the 1T-type monolayer crystals of TMDCs, MX2 (MoS2, WS2 ...) was reported having an intrinsic in-plane negative Poisson’s ratio. Luckily, nearly at the same time, unprecedented long-term (>3months) air stability of the 1T-MoS2 can be achieved by using the donor lithium hydride (LiH). Therefore, it’s very important to study the thermal conductivity of 1T-MoS2.
The thermal conductivity of graphene under shear strain is systematically studied in this dissertation by MD simulations. The results show that, in contrast to the dramatic decrease of thermal conductivity of graphene under uniaxial tensile, the thermal conductivity of graphene is not sensitive to the shear strain, and the thermal conductivity decreases only 12-16%. The wrinkle evolves when the shear strain is around 5%-10%, but the thermal conductivity barely changes.
The thermal conductivities of single-layer 1H-MoS2(1H-SLMoS2) and single-layer 1T-MoS2 (1T-SLMoS2) with different sample sizes, temperatures and strain rates have been studied systematically in this dissertation. We find that the thermal conductivities of 1H-SLMoS2 and 1T-SLMoS2 in both the armchair and the zigzag directions increase with the increasing of the sample length, while the increase of the width of the sample has minor effect on the thermal conductions of these two structures. The thermal conductivity of 1HSLMoS2 is smaller than that of 1T-SLMoS2 under size effect. Furthermore, the temperature effect results show that the thermal conductivities of both 1H-SLMoS2 and 1T-SLMoS2 decrease with the increasing of the temperature. The thermal conductivities of 1HSLMoS2 and 1T-SLMoS2 are nearly the same (difference <6%) in both of the chiral orientations under corresponding temperatures, especially in the armchair direction (difference <2.8%). Moreover, we find that the strain effects on the thermal conductivity of 1HSLMoS2 and 1T-SLMoS2 are different. More specifically, the thermal conductivity decreases with the increasing tensile strain rate for
1T-SLMoS2, while fluctuates with the growth of the strain for 1HSLMoS2. Finally, we find that the thermal conductivity of same sized 1H-SLMoS2 is similar with that of the strained 1H-SLMoS2 structure.
Die massive Neubautätigkeit in Deutschland hat die Diskussion um Baukultur wieder verstärkt angestoßen. Dabei wird der Einfluss der kommunalen Planung auf die Baugestaltung sowohl in der Öffentlichkeit als auch der Fachliteratur nur unzureichend thematisiert. Die vorliegende Arbeit von Cornelius Hutfless untersucht die Thematik am konkreten Beispiel der Weimarer Innenstadt. Hierzu wurden die neun formellen und informellen Instrumente analysiert und bewertet, mit denen die kommunale Planung in Weimar seit dem Jahr 1990 unmittelbaren Einfluss auf die Baugestaltung von Neubauprojekten genommen hat: Bebauungspläne, der Denkmalschutz, Sanierungssatzungen, Gestaltungssatzungen, Wettbewerbe, der Gestaltungsbeirat, die Bauberatung, Fachkonzepte und die Öffentlichkeitsbeteiligung. Methodisch kamen die Quellenanalyse, die Fallanalyse und die Stärken-Schwächen-Analyse zum Einsatz. Die Recherchearbeit wurde durch sechs leitfadengestützte Expert*inneninterviews mit Schlüsselpersonen der Weimarer Baugestaltung ergänzt. Dieser Forschungsansatz veranschaulicht den Einfluss kommunaler Planung auf die Gestaltung von Neubauvorhaben erstmalig am Fallbeispiel einer einzelnen deutschen Stadt, indem alle angewendeten Instrumente analysiert wurden. Für Forscher*innen ermöglicht der Bezug auf ein konkretes Untersuchungsgebiet einen praxisnahen Zugang zum Thema Baugestaltung. Stadtplaner*innen veranschaulicht das Beispiel Weimar außerdem, wie umfangreich und restriktiv die kommunalen Möglichkeiten sind, auf die Baugestaltung einzuwirken. Vorbildlich im Sinne einer konsequenten Strategie der Baugestaltung sind in Weimar zum einen die strengen Festsetzungen in den Bebauungsplänen des Untersuchungsgebietes, deren Umsetzung durch die Einsetzung von Baubeiräten gesichert wird. Zum anderen ist der kommunalpolitische Rückhalt ein grundlegender Erfolgsfaktor, der u. a. den Empfehlungen des Gestaltungsbeirates Nachdruck verleiht. Zudem verfügt Weimar über eine umfangreiche Denkmalausweisung. Durch die umfassende Nutzung und Kombination der Instrumente, hat die kommunale Planung in Weimar erfolgreich einen Rahmen geschaffen, der baugestalterische Standards gewährleistet. Der Charakter der Weimarer Innenstadt konnte erhalten werden, obwohl moderne Neubauentwicklungen zugelassen wurden. Das Beispiel Weimar zeigt also, dass Baugestaltungsqualität wesentlich von dem klaren Anspruch einer Kommune nach Prozess- und Verfahrensqualität abhängt. Verbesserungswürdig ist in Weimar hingegen die Öffentlichkeitsbeteiligung bei Gestaltungsfragen. Schon vor der Schaffung planungsrechtlicher Tatsachen sollte zukünftig die Öffentlichkeit umfangreicher in Baugestaltungsprozesse eingebunden und dafür die Möglichkeiten ergänzender, informeller Verfahren ausgeschöpft werden. Nur dann ist eine restriktive Stadtgestaltungspolitik, im Sinne der Wahrung öffentlicher Interessen ganzheitlich positiv zu bewerten.
Ausgezeichnet mit dem Hochschulpreis der Bauhaus-Universität Weimar 2018
Seit 50 Jahren wird über Erklärungsansätze für Gentrifizierung gestritten. Sehr viel länger schon wandert anlagesuchendes Kapital von einem
Ort zum anderen und hinterlässt dabei Investitionsruinen einerseits und Menschen, die durch Verdrängung ihr Zuhause verlieren, andererseits. Sehr viel kürzer erst wird der Begriff Gentrifizierung hier und da von sozialen Bewegungen aufgegriffen, die sich mit letzterem Phänomen auseinandersetzen.
In diesem Beitrag soll es nicht um die wissenschaftliche Debatte um Erklärungsansätze für Gentrifizierung und auch nicht um die wissenschaftliche Relevanz des Begriffes gehen, sondern um seine Rolle und Funktion in sozialen Bewegungen.
The study of memory, architecture, and urban space has been the interest of researchers from the diverse fields around the world due to, the significance of dealing with memories especially after the tragedy of the Second World War. Nations in Europe has chosen not to neglect their past, moreover, overcoming it by strengthening the national identity. An approach was clear in the literature, art, further in the way of rebuilding their cities; that mainly has reflected on the value of urban spaces and their role in narrating the country’s national memory. Thanks to this approach, which has supported the post-war European nations to invite to an act of forgiveness rather than to forget.
On the contrary, memory, in relation to architecture is a form of knowledge has been neglected in Egypt, especially during the previous decades after the declaration of independence from the colonial power, and since 1952 revolution. Recently, a rising debate about Egypt national history and the need to renationalize the Egyptian historical consciousness has rapidly grown up, due to the political transformation has occurred because of the 25th uprising, 2011, which unveiled the power of public spaces in constituting the nation thoughts, especially Tahrir square. At the same time, this has unveiled the results of neglecting the past instead of overcoming it; unveiled a present carries the danger of conflict and repeating previous mistakes.
Researchers, historians, politicians, governmental organization, have worked in the purpose of revisiting the historical information, and have tried to document the current transformation of the 25th uprising. There was a public demand for redesigning Tahrir square to reflect the memory of the uprising as a symbol of the power of the public. However, after eight years, those memories have faded as if the 25th uprising has never happened.
Those circumstances are very relevant to the gap between urban design and the art of memory-work, in the scientific field. Few studies in Egypt conducted the concept of memory in relation to urban spaces, however, the matter requires more attention, to associate the need for renationalizing Egypt memory, with viewing urban space as a mean of narrating the country’s national memory and reflecting the citizens' current thoughts, as a try of nearing the distances between competing narratives.
Therefore, the research aims at developing a methodological framework that should contribute to renationalizing memory through urban space. Further, benefiting from the German experience by investigating lessons to learn. That is based on the hypothesis that, although there is no fixed formula for all countries to renationalize the historical consciousness of memory through urban spaces, lessons to be learned from Germany experience could be a driving dimension when designing Egyptian urban spaces with a concept of memory as an essential factor.
To guide the validity of the study’s hypothesis, a set of research questions are thus formulated: Starting from why memory is an essential factor when designing urban spaces? Regarding Egypt national memory, how it was constituted through history and how to read its representation on urban spaces? Also, the study quests the means of nationalizing memory through urban spaces? And What are the learned lessons from the German experience?
The study tries to answer those questions. Via an inductive analytical methodology which moves from the gap of knowledge and from a particular situation in Egypt, to study the German experience in renationalizing the concept of memory through urban spaces.
Within the scope of the study, exploring Egypt prevailing narratives and the inherited concepts which influenced the national memory is essential. Moreover, the research develops analytical political psychosocial model that could help reading memories in urban spaces, memory’s actors, and memory influences. To validate this model, case studies are analysed in light of the concluded aspects. Consequently, the expected result is to infer broad general learned lessons for the Egyptian case.
Research findings and conclusions answer the research questions, interpret literature review, recommend some guide points to three target groups: first, practice field; to encourage designers to value the national and collective memories when designing urban spaces. Second, to ask policymakers to take the public participation into consideration, when taking decisions related to urban development. Third, the thesis recommends future researches of urban memory that connect theoretical information with the practice field.
Finally, enhancing the memory-work in relation to the national narrative, conveying a meaningful message, when designing urban spaces could encourage citizens to learn, to interact, and to dissolve boundaries between the competing narratives in post-conflict societies.
Long-span bridges are prone to wind-induced vibrations. Therefore, a reliable representation of the aerodynamic forces acting on a bridge deck is of a major significance for the design of such structures. This paper presents a systematic study of the two-dimensional (2D) fluid-structure interaction of a bridge deck under smooth and turbulent wind conditions. Aerodynamic forces are modeled by two approaches: a computational fluid dynamics (CFD) model and six semi-analytical models. The vortex particle method is utilized for the CFD model and the free-stream turbulence is introduced by seeding vortex particles upstream of the deck with prescribed spectral characteristics. The employed semi-analytical models are based on the quasi-steady and linear unsteady assumptions and aerodynamic coefficients obtained from CFD analyses.
The underlying assumptions of the semi-analytical aerodynamic models are used to interpret the results of buffeting forces and aeroelastic response due to a free-stream turbulence in comparison with the CFD model. Extensive discussions are provided to analyze the effect of linear fluid memory and quasi-steady nonlinearity from a CFD perspective. The outcome of the analyses indicates that the fluid memory is a governing effect in the buffeting forces and aeroelastic response, while the effect of the nonlinearity is overestimated by the quasi-steady models. Finally, flutter analyses are performed and the obtained critical velocities are further compared with wind tunnel results, followed by a brief examination of the post-flutter behavior. The results of this study provide a deeper understanding of the extent of which the applied models are able to replicate the physical processes for fluid-structure interaction phenomena in bridge aerodynamics and aeroelasticity.
Am Beispiel der Elektrifizierung zweier Großstädte an der Westküste Südamerikas zeigt die Arbeit den globalen Einfluss deutscher Industrie- und Finanzakteure auf technische, städtebauliche und gesellschaftlich-kulturelle Entwicklungen zur Blütezeit des europäischen Imperialismus auf. Damit werden die Regionalgeschichten der chilenischen Hauptstadtregion und der Elektropolis Berlin zu einer Globalgeschichte miteinander verknüpft. Ein Hauptaugenmerk der Analyse liegt dabei auf den weltweiten Akteursnetzwerken und Machtverhältnissen sowie dem kulturellen Erbe und seiner gegenwärtigen Interpretation.
Die kommunale Energiewende stellt die beteiligten Akteure vor große Herausforderungen: Auf Grundlage strukturierter Daten sollen Maßnahmen
für eine nachhaltige Infrastruktur geplant und umgesetzt werden. Oft fehlt
den Beteiligten jedoch das nötige Wissen über die lokalen Potentiale und Rahmenbedingungen—und an geeigneten Methoden der Informationsvermittlung. Gegenstand dieser Arbeit ist die Analyse der Planungsstrukturen und der Entwurf eines visuellen Informationssystems. Mit der vorliegenden Untersuchung wird gezeigt, wie mit Hilfe von Befragungen, partizipativen Visualisierungen, fiktionalen Szenarien und der systematischen Anwendung visueller Variablen eine fundierte Grundlage geschaffen werden kann für eine nutzerorientierte Gestaltung.
Die vorliegende Arbeit hat die Absicht, den Bedarf der Umsetzung der Planungsidee ‚kinder- und jugendfreundliche Stadtentwicklung’ in Korea zu erforschen und Vorschläge für die Umsetzung zu machen. Darüber hinaus will sie herausfinden, warum man sich bezüglich der Durchführung der kinder- und jugendfreundlichen Stadtentwicklung zunächst auf die Schulen und deren Umgebungen konzentrieren soll.
Deshalb widmet sich die Dissertation zuerst der Literaturrecherche, sowohl was den Begriff der kinder- und jugendfreundlichen Stadtentwicklung angeht als auch der Literatur bezüglich des Beitrags der Schulen zur Realisierung der kinder- und jugendfreundlichen Stadtentwicklung. Danach wird untersucht, ob das deutsche Instrument ‚Spielleitplanung‘ sich als Leitfaden für die gesamte Konzeption der koreanischen kinder- und jugendfreundlichen Stadtentwicklung eignet. Darüber hinaus werden Interviews mit koreanischen Experten aus Stadtplanung und Architektur, Pädagogik und öffentlicher Verwaltung als Forschungsmethode verwendet, um in Bezug auf die kinder- jungendfreundliche Stadtentwicklung den koreanischen Zustand zu analysieren. Zuletzt werden anhand der Untersuchungsergebnisse Handlungs-empfehlungen für die Durchführung der koreanischen kinder- und jugend-freundlichen Stadtentwicklung formuliert.
Anhand dieser Forschung kann konstatiert werden, dass die kinder- und jugendfreundliche Stadtentwicklung eine wichtige Planungsidee ist, weil dadurch Stadtplanerinnen und Stadtplaner sowohl zum körperlichen und geistigen gesunden Aufwachsen von Kindern und Jugendlichen als auch zur Entwicklung ihrer sozialen Kompetenzen erheblich beitragen können. Vor allem soll man die koreanische kinder- und jugendfreundliche Stadtentwicklung zunächst auf den Schulen und den schulischen Umgebungen umsetzen. Denn dadurch lassen sich vielseitige eventuelle Hindernisse bei der Durchführung der kinder- und jugendfreundlichen Stadtentwicklung vermeiden. Ein weiterer Grund ist, dass die Schulen in Korea nicht nur in der Gesellschaft eine zentrale Rolle spielen, sondern auch im Rahmen der Stadtplanung. Auffällig ist, dass die kinder- und jugendfreundliche Stadtentwicklung sowohl auf die räumlichen Gestaltungen als auch auf die Beteiligung von Kindern und Jugendlichen in der städtischen Planung fokussiert ist. Allerdings werden bei der Stadtentwicklung die Kinder und Jugendliche in Korea noch nicht als wichtige Akteure angesehen. Darum soll man die Spielleitplanung in Korea einbeziehen, weil sie als Leitbild bei einer Konzeption der koreanischen kinder- und jugendlichen Stadtentwicklung fungieren kann. Jedoch müssen dabei die kulturellen Unterschiede zwischen Deutschland und Korea berücksichtigt werden.
Weiterhin wurde durch die Interviews festgestellt, dass das Interesse und der Wille von Experten aus der Stadtplanung an Kinder- und Jugendfreundlichkeit die wichtigsten Voraussetzungen sind, um die kinder- und jugendfreundliche Stadtentwicklung in Korea zu verankern und zu verbreiten.
Die niederländische Architekturmoderne wird seit den 1980er Jahren nahezu durchgehend baulich rezipiert. Bisher unternommene uneinheitliche Kategorisierungen dieser Bauten als "Neo-Moderne" oder "Neu-Amsterdamer- Schule" werden dem komplexen Sachverhalt oftmals nicht in ausreichendem Maße gerecht. Die Arbeit soll daher einen Beitrag zum besseren Verständnis der Rezeption des Neuen Bauens und der Amsterdamer Schule leisten. Anhand vier ausgewählter jüngerer Wohnungsbauten in den Niederlanden untersucht sie konkret das Verhältnis zu den städtebaulichen, typologischen und formal- gestalterischen Vorbildern aus den 1920er und 1930er Jahren.
Welche Gründe waren ausschlaggebend für die Wahl bestimmter Vorbilder? Auf welche Wohnanlagen greifen sie konkret zurück und mithilfe welcher Verfahren tun sie dies? Inwiefern unterscheidet sich die Vorgehensweise der ArchitektInnen von denen des Neuen Bauens oder der Amsterdamer Schule?
Das Resümee offenbart eine große Vielfalt an Rezeptionstechniken von zumeist mehreren historischen Vorbildern und damit die Schwierigkeit, das vorliegende Phänomen zu deuten. Vor allem aber scheint die Moderne mit ihrem Paradigma der Originalität von einem erneuten eklektischen Ansatz in der Architektur überholt worden zu sein.
In ihrem methodischen Ansatz verbindet die Thesis formal-gestalterische Analysen mit theoretischen Reflexionen und behandelt mit dem Thema der Referenzen eine zentrale Praxis im Entwurfsprozess von ArchitektInnen.
Aufgrund des visko-elastoplastischen Materialverhaltens von Beton wird Probekörpern und Bauteilen infolge zyklischer Beanspruchungen Energie zugeführt. Die entsprechenden Energiegrößen werden durch Hystereseflächen der Spannungs-Dehnungslinien beschrieben. In der Literatur finden sich dabei unterschiedliche Ansätze, wofür diese Energie verwendet wird. Erste Untersuchungen zeigen, dass zumindest ein Teil dieser dissipierten Energie in thermische Energie umgewandelt wird. Mithilfe der in diesem Beitrag beschriebenen Methodik lassen sich diese Energiegrößen für jeden Lastwechsel eines Ermüdungsversuches schnell und zuverlässig bestimmen. Anschließend wurden mit dem implementierten Algorithmus die dissipierten Energien von insgesamt 27 zyklischen Versuchen ausgewertet. Analog zu der Dehnungsentwicklung und der Steifigkeitsdegradation weisen auch die Verläufe der dissipierten Energie über die Lastwechselzahl einen dreiphasigen Verlauf auf. Die Auswertung zeigt außerdem eine Korrelation zwischen der Bruchlastwechselzahl und der dissipierten Energie. Auch der Zusammenhang zwischen Probekörpererwärmung und dissipierter Energie konnte bestätigt werden.